DE1098931B - Verfahren zur Reinigung von geschmolzenem Silicium - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Um hochreines Silicium herzustellen, wie es z. B. in der Halbleitertechnik gebraucht wird, benutzt man schon seit längerer Zeit mit Erfolg physikalische Reinigungsverfahren. Das bekannte Zonenziehen und Restschmelzverfahren haben auf dem Gebiet der SiIiciumreinigung Eingang gefunden. Es ist ferner bekannt, die genannten Verfahren mit einem chemischen Reinigungsprozeß zu kuppeln, indem z. B. die SiIiciumschmelze während des Zonenziehens mit Wasserstoff und Wasserdampf behandelt wird.

Es sind fernerhin Verfahren beschrieben, bei welchen geschmolzenes Silicium durch Chlor bzw. Chlor abgebende Gase oder in Siliciumtetrajodidatmosphäre gereinigt wird. Auch die Behandlung von geschmolzenen Siliciumlegierungen mit Luft bzw. Sauerstoff gehört zum Stand der Technik.

Diesen Verfahren ist gemeinsam, daß nur eine oder eine bestimmte Gruppe von Verunreinigungen entfernt werden kann. Es wurde daher nach einem Weg gesucht, um möglichst alle Verunreinigungen in einem Reinigungsprozeß zu beseitigen.

Dieses Verfahren zur Reinigung von geschmolzenem Silicium mit Halogen und/oder Halogenverbindungen ist dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Gase verwendet werden.

Als reinigendes Halogen hat sich insbesondere Chlor, als reinigende Halogenverbindungen haben sich Halogenwasserstoffe, insbesondere Chlorwasserstoff, wasserstoffhaltige Siliciumhalogenide, insbesondere Trichlorsilan, Siliciumhalogenide, insbesondere Siliciumtetrachlorid, bewährt.

Es hat sich gezeigt, daß durch die verwendeten Gasgemische die Herstellung von hochohmig p-leitendem Silicium möglich ist. Dabei muß sich die Zusammensetzung des Gases nach der Art der im Material vorhandenen Verunreinigungen richten, und es wurde beobachtet, daß ein sauerstoffreiches Gemisch bevorzugt die Verunreinigungen, die p-Leitung verursachen, entfernt. Da bei dieser Arbeitsweise ein Teil des SiIiciums verbraucht werden kann, ist es vorteilhaft, den Gasstrom mit entsprechend niedriger Geschwindigkeit an der Oberfläche der Schmelze vorbeizuleiten. Das Verfahren bietet somit die Möglichkeit, das reinigend wirkende Gasgemisch mit einer hängenden Schmelze, z. B. in Tropfenform, oder anderweitig geformten Schmelze oder einer Schmelzzone gemäß dem tiegelfreien Zonenreinigen in Kontakt zu bringen.

Ebenso ist es möglich, durch eine geschmolzene Siliciummenge von einigen Kilogramm bis mehreren Tonnen die reinigenden Substanzen durchzublasen. Diese Feinreinigung ist für die Metallurgie des SiIiciums besonders interessant, da auch technisch reines Silicium mit etwa 90% und mehr Silicium auf diese

Verfahren zur Reinigung
von geschmolzenem Silicium

Anmelder:

Wacker-Chemie G. m. b. H.,
München 22, Prinzregentenstr. 20

Dr. Eduard Enk und Dr. Julius Nicki,

Burghausen (Obb.),
sind als Erfinder genannt worden

Weise gereinigt werden kann. Es ist gelungen, innerhalb von einigen Minuten 3 kg technisches Silicium mit 98% Silicium auf einen Reinheitsgrad von 99,99% zu bringen unter Anwendung von gleichen Teilen Sauerstoff und Chlorwasserstoff.

Das Gasgemisch wird durch den Boden des Schmelztiegels eingeblasen, und die verflüchtigten Verunreinigungen und entstandenen Siliciumverbindungen werden in einer nachgeschalteten Kühlkammer niedergeschlagen oder abgeblasen. Auf diese Weise ist es möglich, in kürzester Zeit große Mengen Silicium zu reinigen, ohne daß störende Komponenten vom Reinigungsprozeß her im Silicium zurückbleiben. Derartig große Mengen Silicium reinigt man vorteilhafterweise in Gefäßen, die aus Siliciumcarbid, Quarz oder gestampfter Kohle hergestellt oder mit diesen Stoffen ausgefüttert sind. Es können aber auch sämtliche anderen Stoffe dafür verwendet werden, die mit Silicium nicht reagieren oder leicht flüchtige Verbindungen bilden.

Die bei der Reinigung von flüssigem Silicium anfallenden Verbindungen können in nachgeschalteten Vorrichtungen gewonnen werden. Der Anfall solcher Verbindungen ist abhängig von Menge und Konzentration der reinigenden Substanzen.

Die Tabelle zeigt, daß sowohl Sauerstoff als auch Chlor reinigend wirken. Unter gleichen Versuchsbedingungen ergibt jedoch die Kombination von Sauerstoff bzw. Luft mit Chlor bzw. Halogenverbindungen einen durchgreifenden Reinigungseffekt. Das Ansteigen des Eisenanteils bei der Reinigung mit Chlor dürfte darauf zurückzuführen sein, daß mehr Silicium ausgetragen wird, als Eisen verschwindet, so daß schließlich eine Anreicherung erfolgt.

109 509/538

Die Angaben der Verunreinigungen sind Gewichtsprozente, a* = spektralrein; b** — naßanalytisch nicht nachweisbar.

Verunreinigungen

Ausgangsprodukt Nach der Behandlung mit

Sauerstoff

Sauerstoff ■ Chlor

Luft + Chlorwasserstoff

Luft + Si-Tetrachlorid

Mg Fe Al B . P . Ti

0,2

0,25

1,3

0,3

0,0024

0,03

0,06

0,04 Spuren

1,1

0,02

0,0003

0,002

0,04

0,003

Spuren

0,023

0,001

a*

b**

b**

0,01 0,007 0,08 0,008

a* b**

0,007 Spuren 0,23 0,02

Claims (3)

Patentansprüche·.

1. Verfahren zur Reinigung von geschmolzenem Silicium mit Halogenen und/oder Halogenverbindüngen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Gase verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reinigenden Substanzen durch das flüssige Silicium geblasen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die reinigenden Substanzen an der Oberfläche der Schmelze vorbeigeleitet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Zeitschrift für anorg. und allg. Chemie, Bd. (1956), S. 372 bis 376; britische Patentschriften Nr. 794 642, 749 423.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 1 039 752, 1 059415.

© 109 509/538 1.61